上部結構考慮不同地震影響下的樁筏基礎設計

雷小雨

(甘肅省建筑設計研究院有限公司，甘肅 蘭州 730030)

0 前 言

西北地區常見地質條件為濕陷性黃土層，樁筏基礎為這類地質條件下的高層建筑提供了一個可靠選項，使得樁筏基礎在這片土地用的廣泛而普遍。樁筏聯合基礎兼有筏形基礎和樁基礎的優點，既可降低基底壓力，增加整個基礎剛度，調整地基不均勻沉降，又解決了特殊地基情況下的穩定性和安全性，如持力層埋置較深、軟弱地基土、邊坡及岸邊等不利條件。

《建筑抗震設計規范》(GB5011—2010)規定了樁基需驗算抗震承載力的條件，一般高層建筑樁筏設計均需考慮地震作用影響。而隨著建筑高度的增加，地震力和風荷載代替重力荷載成為對結構變形、整體穩定和傾覆安全性的主要影響原因。樁筏基礎設計時豎向拉、壓荷載由樁基承擔；而平面布置、不均勻沉降、風荷載和地震帶來的水平力等引起的彎矩、剪力、局壓力等由筏板承擔。

1 設計要點

高層建筑由于上部結構需考慮不同地震影響，而基礎承擔不同的傾覆力矩有不同的布樁方式、內力分布和設計方法等。樁筏聯合基礎中筏板厚度與樁布置方式有關，當樁沿上部墻、柱布置無錯位時，筏板相當于水平力轉換底板，厚度按底板以上房屋總層數乘以30 mm估算；樁也可在底板下平均布置，與上部墻、柱錯位，需要再以受沖切承載力驗算確定板厚，不應小于500 mm。配筋率不宜小于0.25，雙層雙向配筋。基礎埋深不得小于1/18。單樁承載力應滿足《建筑樁基技術規范》(JGJ 94-2008)中5.2節相關要求。

根據《甘肅省鋼筋混凝土高層建筑結構高寬比超限抗震措施暫行規定》驗算罕遇地震作用時需加大基礎有效埋深，傾覆力矩采用小震傾覆力矩乘以放大系數的簡化辦法，按公式PMAX≤1.2faE，NEKmax≤Quk(抗壓)，NEKmax≤Tuk+Gp(抗拔)控制，公式右邊也可采用載荷試驗確定的極限值。底板懸挑長度宜相應增大，且不小于板厚，并驗算此處抗彎、抗剪、抗沖切承載力。

2 設計實例

本文選取的高層建筑均為剪力墻結構，工程抗震等級均為8度(0.2 g)，設計地震分組為第三組，Ⅱ類場地，基礎設計等級和建筑樁基設計等級均為甲級。由于高寬比不同，采取的抗震措施不同，工程一進行小震計算滿足即可；工程二由于高寬比超限，需考慮大震作用。基礎計算均采用YJK-F，地基沉降采用分層總和法，基礎整體內力和變形計算采用彈性地基梁板法，基礎采用板單元，考慮上部結構一定的剛度，筏板厚度由剪力墻及樁的沖切驗算控制。

工程一：某高層住宅，位于甘肅省天水市秦安縣，房屋高度71.60 m，高寬比5.48，超規范限值1以內，基礎部分控制多遇地震下樁不出現拉力。筏板厚度1 300 mm，樁采用長螺旋鉆孔壓灌混凝土旋噴擴孔樁，基礎底板懸挑長度為≥0.6m。荷載準永久組合下，基礎最大沉降值22 mm，小于規范的規定的平均沉降200 mm，且基礎整體傾斜小于2.5‰。筏板、承臺截面計算無超筋超限情況(見圖1～2)。

圖1 工程一樁位、筏板布置圖

圖2 基樁多遇地震下基樁豎向力

工程二：某高層住宅，位于蘭州市，房屋高度98.63 m，高寬比7.03，超規范限值2～3，屬于省定高寬比超限的高層建筑工程，基礎部分控制多遇地震下樁不出現拉力，罕遇地震作用下驗算單樁抗壓、抗拔承載力和筏板外挑部分大震下抗彎、抗剪及抗沖切計算。筏板厚度1 500 mm，樁采用干作業機械鉆孔灌注樁。荷載準永久組合下，基礎最大沉降值12 mm，小于規范的規定的平均沉降200 mm，且基礎整體傾斜小于2.5‰。

罕遇地震作用下，加強基礎埋深不得小于1/16，本工程基礎埋深1/14.2；基礎底板懸挑長度為≥1.50 m，最不利外挑長度3.40 m；結構傾覆力矩取2.2倍多遇水平地震作用下傾覆力矩，基底外挑筏板處彎矩M=2 226 kN·m，剪力V=2 492 kN，經驗算不需配置箍筋，需要配置彎起鋼筋。圖3為工程二樁位、筏板布置圖。

圖3 工程二樁位、筏板布置圖(圖中陰影樁為抗拔樁)

圖4為基樁多遇地震下基樁豎向力，圖5為基樁罕遇地震下基樁豎向力。

圖4 基樁多遇地震下基樁豎向力

圖5 基樁罕遇地震下基樁豎向力

3 結 論

1)經過比較，多遇地震下樁筏聯合基礎中角樁和邊樁的樁頂反力明顯大于內部樁，呈現“馬鞍形”，尤其以樁集中在墻下布置更為明顯，可以適當加大該處筏板配筋。以墻體及周邊為范圍布置樁基，適當增大無豎向構件區域樁間距的布樁方式，可以充分發揮地基土和筏板的共同作用，減少樁數，比較經濟；當由于承載力影響，均勻滿布樁基時，內力分布與地震作用方向相近，剛度較弱易傾覆方向的建筑橫方向處邊樁反力更大。

2)考慮罕遇地震影響時，筏板懸挑端長度增加，抗彎鋼筋增多，樁數明顯增加。應主要控制建筑橫向筏板外懸挑端基底壓應力、樁的抗壓抗拔承載力，增加此處樁數以及布置抗拔樁；同時，此處筏板懸挑邊緣也會出現最大彎矩、剪力，通過配置抗剪箍筋和抗彎鋼筋等措施解決。

樁筏聯合基礎設計需要考慮的因素還有很多，比如沉降、樁土共同作用、上部結構剛度等，也有不少關于樁筏基礎中樁、筏和地基土的共同工作性態的研究，對于基礎設計合理、降低基礎造價很有意義。本文從實際工程中遇到的不同地震影響下高層建筑樁筏基礎設計時遇到的問題出發，簡單地總結了一般規律和提出常用構造措施，列舉了兩種情況下設計時不同的考慮方式，為同類工程設計提供一些參考。

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